Оглавление (стр. 88 )

Интересные новые структуры предсказывают использование модели сплюснутого эллипсоида, у которого имеется особенность, выраженная вдоль оси w, параллельной его большей средней плоскости. Эта особенность может быть связанна с формой частицы (трехслойный эллипсоид вращения) или характером распределения электронной плоскости (дипольный или квадрупольный момент).

Молекулярно-динамическое моделирование демонстрирует устойчивость спиральных структур.

ВЫВОД:

Жидкие кристаллы, состоящие из дискообразных молекул, характеризуются большим многообразием структур, связанным с особенностями их молекулярного строения и межмолекулярных взаимодействий. Несложные представления о молекулярном строении ЖК-Д позволяют предложить простые молекулярно-динамические модели основных разновидностей этих веществ.

2.9.9. Свойства хиральных нематиков

Широкое применение жидкокристаллических материалов зачастую сдерживается их недостаточной стабильностью.

Для ХН характерна высокая стабильность, а также возможность практического применения в широком температурном диапазоне.

У хирального нематогена и рацемата того же соединения температуры перехода в изотропную жидкость обычно практически одинаково.

Анализ зависимости температур переходов в изотропную жидкость от структуры молекул с концевыми заместителями, содержащими n-алкильную цепь, позволил заключить, что разветвление цепи заметно снижает температуру этого перехода.

Большое значение имеет возможность создания веществ с требуемой величиной шага спирали.

В течении последних лет в области синтеза, изучения и применения ХН были достигнуты новые серьезные успехи. Задача состояла в создании добавок к НЖК, используемым в электрооптических дисплеях, основанных на твист - эффекте и эффекте управляемого полем фазового перехода холестрик - нематик.

ХН могут быть получены также на основе сложных эфиров достаточно стабильных и хорошо изученных до настоящего времени.

Среди представителей хиральных эфиров имеются способные образовывать наряду с холестерической фазой также оптически активную смектическую хиральную фазу С, характеризуемую геликоидеальной закрученной структурой с шагом порядка 0,2 мкм.

На основе сложных эфиров могут быть синтезированы также материалы с двумя хиральными центрами, имеющие связи с этой особенностью очень малую величину шага холестерической спирали - около 0,1 мкм.

Структура нематиков в капсулах.

Исходные структуры. Структура нематиков в капсулах фактически определяет все электрооптические свойства композитов. Она зависит от энергии сцепления молекул нематика с внутренней поверхностью капсулы, ее размера и формы, материальных параметров нематика, таких как константы упругости, от напряженности приложенного электрического поля.

В капсулах композитов на основе полимеров наблюдаются те же типы структур, что и в капсулах, взвешенных в изотропных жидкостях, таких как вода и глицерин. Если граничные условия нормальные, то наблюдается радиальная структура "еж" с точечной дисклинацией в центре

Последняя неустойчива и образуется только в присутсивии магнитного или электрического поля или при специальных условиях

При тангенциальных граничных условиях реализуются три структуры - биполярная с двумя точечными дисклинациями ("буджумами") на противоположных концах (полосах) капсулы, и аксиальная с линейкой дисклинацией, соединящищей полосы и проходящей по диаметру капли

2.9.10. Жидкие кристаллы в переохлажденных (метастабильных) состояниях

Известно, что метастабильные состояния - это не вполне устойчивые состояния системы из большого числа частиц, способной к фазовому переходу первого рода. Хотя система устойчива по отношению к малым изменениям термодинамических параметров, она проявляет неустойчивость при возникновении в ней конкурирующей фазы.

Твердую фазу обычно трудно заметно перегреть выше точки фазового перехода из-зи легкости зарождения более высокотемпературной разупорядоченной (например, жидкий) фазы на поверхности раздела, находящейся в состоянии натяжения.

Наблюдения показывают, что большинство органических жидкостей не кристаллизуется, а застекловывается. Это связанно с уменьшением подвижности молекул, затрудненностью их поворотов и перемещений.

Кристаллизация переохлажденных жидкостей сопровождается двумя процессами: образованием зародышей новой фазы и их развитием и ростом, связанным с взаимодействием зародышей с материнской фазой и друг с другом.

Метод молекулярной динамики, успешно использованный ранее для исследования метастабильных переохлажденных состояний изотропных жидкостей представляется весьма перспективным для изучения переохлажденных состояний жидких кристаллов.

В скором времени следует ожидать применения переохлажденных состояний жидких кристаллов для решения широкого круга практических задач.

ВЫВОД:

Среди широкого круга жидких кристаллов разных типов особое место занимают хиральные нематики, обладающие рядом свойств, важных для практического применения. Эти вещества отличаются термической стойкостью, селективным отражением света, демонстрируют свойства, присущих как ХЖК, так и СЖК, а в некоторых случаях - свойства сегнетоэлектрика.

2.9.11. Смеси жидких кристаллов

Своеобразие структуры и физических характеристик разных типов жидких кристаллов, а также стремление наиболее полно использовать богатый комплекс их свойств для практических целей привели к появлению значительного количества исследований, посвященных смесям жидких кристаллов.

Были обнаружены также интересные особенности температурных измерений шага спирали в растворах жидких кристаллов (например, хиральных нематиков).

Результаты экспериментального изучения структуры и важнейших свойств смесей жидких кристаллов свидетельствует о широких перспективах их применения на практике.

Одной из важных современных задач является развитие теоретических методов исследования структур и свойств смесей жидких кристаллов. Позволяющих на основе молекулярных данных не только определить интересующие количественные характеристики, но и предсказать необычное поведение этих интересных обектов.

2.9.12. Структура и свойства ЖК:

Своеобразие структуры и физических характеристик разных типов жидких кристаллов, а также стремление наиболее полно использовать богатый комплекс их свойств для практических целей привели к появлению значительного количества исследований, посвященных смесям жидких кристаллов.

Рабочим элементом ЖК композитов является жидкие кристаллы, поэтому представляется естественным рассмотреть их микро - и макроскопическую структуру и основные свойства, определяющие структуру и свойства композитов.

Жидкие кристаллы - это большой класс соединений, преимущественно органических, отличающихся обязательным присутствием ориентационного порядка. Наличие ориентационного порядка предполагает, что их структурные единицы являются анизометричными, чаще всего вытянутой или дисковой формы.

Ориентационный порядок проявляется в том, что выделение оси структурных элементов - длинные (для вытянутых элементов) или короткие (для дисковидных) - ориентированны вдоль некоторого направления.

.некоторые ЖК дополнительно имеют частичный трансляционный порядок. Он не может быть трехмерным - это характерно для твердого кристалла. Но двух - и одномерный трансляционные порядки наблюдаются довольно часто.

Поскольку основным структурным признаком жидких кристаллов являются наличие ориентационного порядка, естественно, что все их свойства так или иначе определяются степенью ориентационного упорядочения. Для ее количественной характеристики вводится тензорный параметр порядка Sij, где i, j=1,2,3.

ЖК обладают своими уникальными свойствами лишь в определенном интервале температур. Чаще всего этот интервал лежит областям существования твердой и изотропной жидкой фаз.

Использование:

Жидкие кристаллы (ЖК) уде более 30 лет используются в различных областях техники. Наиболее массовое применение ЖК, без сомнения, - индикаторы и дисплеи. Их потребление в мире перевалило за миллиард в год и по прогнозам будет увеличиваться и дальше. Наряду с традиционным использованием ЖК в качестве индикаторов они завоевывают все новые и новые области применения. Наиболее впечатляющий пример - создание плоских цветных без вакуумных телевизионных экранов, которые, возможно, в будущем вытеснят электронно-лучевые трубки, по крайней мере, при создании легких безопасных и дешевых портативных переносных телевизоров.

Однако на пути еще более широкого внедрения ЖК в технику стоят серьезные трудности, связанные с технологией их изготовления. Все электрооптические эффекты ЖК, используемые в экранах отображения информации, наблюдается в тонких слоях ЖК с определенной структурой. Организация такой структуры связанна с процессом ориентации молекул ЖК между двумя стеклянными подложками, на внутреннюю сторону которых нанесены прозрачные электроды для управления ЖК.

Глава 2.10. Строение кристалов.

2.10.1. Общее понятие о реальных кристаллах и о типах дефектов

Отличительной чертой кристаллического состояния является строгая периодичность в расположении частиц, составляющих решетку кристалла. Любое нарушение такой периодичности представляет собой дефект. Если это нарушение локализовано в пределах одного или нескольких узлов решетки, мы имеем дело с точечными дефектами, если оно охватывает более обширную область кристалла, например, кристаллографическую плоскость, оказавшуюся сдвинутой, или несколько плоскостей, то с протяженными дефектами: линейными, поверхностными или объемными.

В технике применяют не идеальные кристаллы, получить которые практически невозможно, а реальные, отличительной чертой которых является присутствие в них разнообразных дефектов. Некоторые из этих дефектов являются неизбежными, другие могут быть устранены или их количество значительно уменьшено в кристалле. Все они так или иначе влияют на свойства кристаллов. Таким образом, термин «дефект», связываемый обычно с аномальностью явлений, приобрел смысл нормального структурного элемента кристалла, определяющего его свойства.

К настоящему времени наметились два основных метода исследования явлений дефектообразования: кристаллохимический и термодинамический. Первый из них базируется на выявлении особенностей тех пространственно-геометрических искажений в структуре кристалла, которые сопровождаются появлением в нем различных дефектов, второй – исходит из основных принципов термодинамики и поэтому является более общим. Решающим обстоятельством при выборе метода является природа исследуемых дефектов.